34. Система ввода-вывода: назначение элементов, организация адресного пространства.

Система ввода-вывода (СВВ):

- один из ключевых элементов АК (в дополнение к ЦП и ОП);

- обеспечивает обмен информацией между ядром компьютера и периферийными устройствами (ПУ*);

- технически реализуется комплексом модулей ввода-вывода (МВВ).

Назначение МВВ:

- управление одним или несколькими ПУ;

- обмен данными между этими устройствами с одной стороны, и ОП или регистрами ЦП – с другой.

Основная функция: обеспечение интерфейсов:

- с ЦП и ОП («большой» интерфейс – системная или специализированная шина);

- с одним или несколькими ПУ («малый» интерфейс).

Взаимодействие ЦП и МВВ осуществляется посредством входящих в него внутренних регистров управления, состояния, данных.

Система адресации компонентов СВВ обеспечивает выбор одного из МВВ и одного из ПУ, подключенных к МВВ. Адресное пространство ввода-вывода может быть совмещенным с пространством памяти или выделенным.

При совмещенном адресном пространстве регистры МВВ:

- рассматриваются как ячейки ОП = -ухудшение читабельности программы, -сокращение свободного пространства в памяти, +возможность внепроцессорного обмена с памятью, обмена с любым регистром ЦП;

- работа с ними – посредством команд обращения к памяти; в системе команд не требуются специальные команды ввода и вывода = +упрощение программного взаимодействия;

- адреса – в области адресного пространства памяти, отведенной под систему ввода-вывода.

При выделенном адресном пространстве для обращения к МВВ применяются специальные команды и отдельная система адресов. Эффект:

- отделение шины памяти от шин ввода-вывода à возможность совмещать во времени обмен с ОП и ввод-вывод;

- адресное пространство памяти может быть использовано по прямому назначению в полном объеме.

Свойства: +короткий адрес ПУ в команде ввода-вывода; +бо́льшая наглядность программы; +возможность независимой разработки СВВ и ОП; -ввод-вывод только через аккумулятор ЦП; -перед обработкой содержимое ПУ нужно переслать в ЦП.

35. Детализированные функции модуля ввода-вывода.

Функции МВВ:

= локализация данных - возможность обращения к одному из ПУ, а также адресации данных на нем. В случае нескольких МВВ каждому назначается определенный диапазон адресов;

= управление и синхронизация - координация перемещения данных между ядром компьютера и периферийными устройствами. Факторы взаимодействия ЦП и ПУ: одновременный обмен с несколькими ПУ, в шинной архитектуре – наличие одной или нескольких процедур арбитража, асинхронный характер -> требуется квитирование;

= обмен информацией:

1. Со стороны «большого» интерфейса – обмен с ЦП: декодирование команды,

извещение о состоянии, распознавание адреса ПУ, пересылка данных между МВВ и ЦП по шине данных.

2 Со стороны «малого» интерфейса – обмен с ПУ: передача данных, команд и информации о состоянии;

= буферизация данных: ПУ медленнее обменивается информацией, чем ЦП. При выводе данные пересылаются из ОП в МВВ с большой скоростью, где буферизируются, а затем направляются в ПУ со скоростью, свойственной ему. При вводе данные буферизируются перед отправкой в ОП.

= обнаружение ошибок в работе ПУ, вызванных воздействием внешней среды, старением элементной базы, системным или прикладным ПО.